Liệu các tấm pin năng lượng mặt trời có làm việc vào ban đêm?

Có thể bạn đã nghe một người bạn hoặc một người hàng xóm nói rằng anh ấy sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp điện cho nhà của anh ấy vào ban đêm. Điều này sẽ khiến bạn bọc phát một suy nghĩ là các tấm pin mặt trời có thực sự hoạt động vào ban đêm?

Một số người hay bị nhầm lẫn các khái niệm khi nói về hệ thống năng lượng mặt trời và cách sử dụng chúng. Tuy nhiên, để trả lời cho thắc mắc đó, chúng tôi sẽ gửi đến bạn một ít thông tin về kỹ thuật sản xuất điện từ các tấm pin mặt trời.

Năng lượng mặt trời được tạo ra như thế nào?

Các tấm pin năng lượng là thiết bị điện được thiết kế bao gồm bộ khung nhôm, một mặt kính, dây điện và các chất bán dẫn được cấu tạo dạng mỏng hay còn được gọi là tế bào quang điện.

tấm pin năng lượng mặt trời có làm việc vào ban đêm 1

Vật liệu bán dẫn tuyệt vời nhất được sử dụng cho pin mặt trời chính là silicon, đây là một trong những chất bán dẫn có nhiều nhất trên trái đất. Silicon có cấu trúc tinh thể bao gồm các liên kết mạnh giữa các nguyên tử, cùng với đó các nhà sản xuất thêm hoặc pha tạp vào cấu trúc với các thành phần như Bo và phốt pho, chúng có thể làm tăng độ dẫn điện hay nói cách khác là tăng sản lượng điện sản xuất ra của các tấm pin.

Ánh sáng mặt trời được mô tả như những đợt sóng hạt gọi là photon và chúng tác động lên bề mặt Trái Đất xuyên suốt mỗi ngày.

Khi các hạt photon này chạm tới bề mặt silicon được pha tạp Bo và phốt pho của tấm pin mặt trời, chúng sẽ giải phóng các hạt điện tích tự do (gọi là electron). Sự chuyển động của điện tích tự do sẽ tạo ra dòng điện, do đó khi có nhiều electron được giải phóng hơn thì sẽ tạo ra nhiều năng lượng điện hơn.

Tóm lại, ánh nắng mặt trời là các hạt photon khi tiếp xúc với bề mặt của tấm pin năng lượng sẽ giải phóng electron, sau đó electron sẽ chuyển động tự do và tạo ra dòng điện, dòng điện này sau đó sẽ được dẫn truyền đến đầu ra của tấm pin năng lượng mặt trời để sử dụng.

Từ đây bạn có thể thấy, nguồn năng lượng chính trong quá trình quang điện là động năng của các hạt photon. Vì vậy, nếu KHÔNG có ánh sáng mặt trời thì cũng sẽ KHÔNG có các hạt photon. Và nếu KHÔNG có photon thì dĩ nhiên các tấm pin sẽ KHÔNG THỂ tạo ra dòng điện.

Vậy tại sao hàng xóm tôi nói rằng hệ thống có thể cung cấp điện cho họ sinh hoạt vào ban đêm?

Sản xuất và tiêu thụ năng lượng mặt trời của mỗi gia đình sẽ có xu hướng chung theo biểu đồ bên dưới đây:

tấm pin năng lượng mặt trời có làm việc vào ban đêm 2

Như bạn có thể thấy ở biểu đồ trên, việc khai thác năng lượng mặt trời bắt đầu tạo ra một ít năng lượng vào sáng sớm và sản lượng cao nhất vào giữa trưa và giảm dần cho đến chiều tối.

Tuy nhiên trong nhiều nhiều khung giờ, sản lượng điện mặt trời vượt mức tiêu thụ vào giữa trưa (đây là khoảng thời gian chúng ta đi làm và ít tiêu thụ điện trong nhà). Còn vào buổi tối mức tiêu thụ điện sẽ tăng mạnh (nấu nướng, bật đèn, TV, giặt giũ…) và không hề tạo ra lượng điện nào (không có ánh sáng mặt trời).

Do đó hệ thống sẽ thường đi kèm các pin lưu trữ điện hoặc hoà lưới trực tiếp với mạng điện quốc gia để lưu trữ điện. Như vậy, lượng điện sản xuất dư thừa vào ban ngày sẽ được dự trữ và cung cấp điện vào ban đêm khi chúng không hoạt động.

Đây chính là lý do vì sao anh hàng xóm của bạn lại bảo ban đêm hệ thống điện mặt trời vẫn có thể cung cấp điện cho hoạt động sinh hoạt của gia đình họ đấy!

Bù trừ điện năng (net-metering)

Đối với hệ thống hoà lưới không sử dụng ắc quy điện, cơ chế bù từ điện năng cho phép bất kì người sử dụng nào sản xuất điện mặt trời dư thừa trong ngày cũng có thể bán cho công ty điện lực và nhận được tiền hàng tháng. Nói cách khác hệ thống sẽ sử dụng công tơ điện 2 chiều, vào ban ngày lượng điện sản xuất ra dư lừa sẽ được đưa lên lưới điện (công tơ sẽ ghi lượng điện nhận), ban đêm chúng không sản xuất ra điện thì bạn sẽ nhận điện từ lưới quốc gia để sử dụng (công tơ sẽ ghi lượng điện phát). Vào cuối tháng, công ty điện lực sẽ tính toán mức chênh lệch giữa nhận và phát để thu tiền (nhận < phát) hoặc trả tiền (nhận > phát) cho gia đình bạn.

Mặt khác đối với hệ thống điện mặt trời độc lập lượng điện tạo ra dư thừa vào ban ngày sẽ được lưu trữ trong các bình ắc quy điện để cung cấp điện cho các thiết bị trong nhà bạn vào ban đêm khi chúng không vận hành.

Hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp:

Ngoài 2 hệ thống nếu trên, có một giải pháp “vẹn cả đôi đường” được đưa ra là hệ thống điện mặt trời hoà lưới kết hợp pin lưu trữ điện, Loại này rất toàn diện, chúng cho phép bạn vẫn có thể bán điện cho công ty điện lực (như hoà lưới) nhưng vẫn đảm bảo có nguồn năng lượng độc lập dự phòng khi có thông báo ngưng cấp điện từ nhà đèn (giống hệ thống độc lập).

Hệ thống này được thiết kế ra để phục vụ cho nhiều người có nhu cầu cũng như linh động trong việc sử dụng hợp lý nguồn điện năng lượng mặt trời. Tuy nhiên khi lắp đặt sẽ có chi phí đầu tư tương đối cao, vậy nên bạn phải hiểu một điều là chúng không mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế cho bạn mà chỉ mang lại nhiều lợi ích cũng như sự tiện lợi trong quá trình sử dụng.